你負責管理一個倉庫的現場,約 24 部自主移動機械人(AMR)把周轉箱從儲存通道運到四個協作機械人包裝工作單元。每張訂單是一趟 240 m 的行程——200 m 經機械人專用通道,40 m 經有人工作的共用區——再加上在工作單元的揀貨。模型根據已公佈的標準和教科書公式,逐分鐘計算隊列、擠塞、死鎖、停止距離、電池能量和充電器功率,以及軟件版本對停機的影響。這是一個運作原理模型:它不會運行機械人軟件,數字屬一般性質,並非任何產品的數據。僅供教育用途的模擬——實際場地須遵循其自身的風險評估。
free traffic: P(new deadlock in a minute) = 1 − e^(−κ·n_moving²/n_I), κ = 0.00001 (× 300 with an aisle closed, n_I = 6 → 4); a robot behind joins with p = 0.5 (≤ 8); the fleet manager re-plans with p = 0.2/min (0.03/min with no detour)[8][10]數值僅作說明,並非任何實際場地或產品的數值。實際場地會根據自身的風險評估及製造商資料設定偵測區、速度和限制。
zone reservation: a robot enters only when the zones ahead are granted to it → no circular wait; each crossing W = ρτ / (2(1 − ρ)), ρ = λ_I·τ, τ = 2 s, 6 crossings per task[8][6][9]數值僅作說明,並非任何實際場地或產品的數值。實際場地會根據自身的風險評估及製造商資料設定偵測區、速度和限制。
在可能有人的地方,停止距離——反應行程加上制動距離——必須在人員偵測區之內。
d_stop = v·t_r + v²/(2a) + C ≤ F (t_r = 0.3 s, a = 0.8 m/s², C = 0.1 m, F = 1.3 m ⇒ v ≤ 1.17 m/s where people can be)[1][2]數值僅作說明,並非任何實際場地或產品的數值。實際場地會根據自身的風險評估及製造商資料設定偵測區、速度和限制。
v ≤ F / √(μ·k), μ = (1/m_H + 1/m_R)⁻¹, m_R = M/2 + m_L; hand: F = 140 N (quasi-static limit, used conservatively), k = 75 N/mm, m_H = 0.6 kg; M = 24 kg, m_L = 3 kg ⇒ v ≤ 0.67 m/s[3][4]數值僅作說明,並非任何實際場地或產品的數值。實際場地會根據自身的風險評估及製造商資料設定偵測區、速度和限制。
tote time = 10 items × (1.5 s + 2 × 0.5 m / v_cobot); v_cobot = collaborative speed while a person is in the cell; 4 cells, served in order of arrival within the minute[3]數值僅作說明,並非任何實際場地或產品的數值。實際場地會根據自身的風險評估及製造商資料設定偵測區、速度和限制。
行駛功率:固定的電子設備負載、滾動阻力,以及每次停車再起步時損失的制動能量。
P = 60 W + C_rr·m·g·v/η + 0.03/m · v · ½mv²·(1 − r)/η (C_rr = 0.012, m = 500 kg, η = 0.75, r = 0.5)[12]數值僅作說明,並非任何實際場地或產品的數值。實際場地會根據自身的風險評估及製造商資料設定偵測區、速度和限制。
充電器在電量約 70 % 以下以全功率充電,之後電流逐漸減小(先恆流,後恆壓)。
P_charge = 0.8 kW up to 70 % SoC, then × (1 − 0.9·(SoC − 70)/30); battery 0.8 kWh; stranded at 1 %[11][10]數值僅作說明,並非任何實際場地或產品的數值。實際場地會根據自身的風險評估及製造商資料設定偵測區、速度和限制。
P(link silent > W in a robot-minute) = 0.224·e^(−W/0.1 s); watchdog W: v1 0.5 s, v2.0 0.15 s, v2.1 0.5 s; stop 2 min[13]數值僅作說明,並非任何實際場地或產品的數值。實際場地會根據自身的風險評估及製造商資料設定偵測區、速度和限制。
金絲雀比較:使用最新版本的機械人與車隊其餘機械人每機械人小時的停機次數比較。
stops per robot-hour, canary vs control: 60·stops / robots (smoothed τ = 10 min); update or rollback = 4 min out of service[13]
此模型的其他常數
task 200 m in zone A + 40 m in the shared area · 6 intersections · 4 cobot cells, a person inside 25 % of minutes · 6 chargers · shift-start charge stratified over mean ± 27.5 % · v1 mislocalises 0.6 % per driving minute in re-racked aisles (others 0.04 %), 6-min stop + 3 operator-min · clearing a deadlock 2 operator-min per robot · tow 15 operator-min數值僅作說明,並非任何實際場地或產品的數值。實際場地會根據自身的風險評估及製造商資料設定偵測區、速度和限制。
M. Harchol-Balter — Performance Modeling and Design of Computer Systems (M/G/1 Pollaczek–Khinchine mean wait; M/D/1) — Cambridge University Press, 2013
B. D. Greenshields — A Study of Traffic Capacity (linear speed–density relation) — Highway Research Board Proceedings 14:448–477, 1935